2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习配套课件：实验三-验证力的平行四边形定则

实验三验证力的平行四边形定则实验目的和器材实验原理实验目的1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。2.学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。等效思想：使一个力F′的作用效果和两个力F1和F2的作用效果相同,就是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O,即伸长量相同,所以F′为F1和F2的合力,作出力F′的图示,再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示,比较F、F′在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、铅笔。【实验过程】一、实验步骤1.仪器安装：(1)用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。(2)用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。2.测量与记录：(1)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O。记录两弹簧测力计的读数F1、F2,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。(2)只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O。记下弹簧测力计的读数F′和细绳套的方向。(3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验。二、数据处理1.用铅笔和刻度尺从力的作用点(位置O)沿着两绳套的方向画直线,按选定的标度作这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板以F1和F2为邻边作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,即为合力F的图示。2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中弹簧测力计的拉力F′的图示。3.比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。【误差分析】产生原因减小方法偶然误差读数误差弹簧测力计数据在允许的条件下,尽量大些,读数时眼睛要正视,要按有效数字,正确读数和记录作图误差两分力夹角不能太大或太小,作图时两力的对边一定要平行系统误差弹簧测力计本身的误差选较精确的弹簧测力计【注意事项】1.使用弹簧测力计前,要先观察指针是否指在零刻度处,若指针不在零刻度处,要设法调整指针,使其指在零刻度处。再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如果两个示数相同方可使用。2.实验中的两个细绳套不要太短。3.在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。4.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,在60°～100°之间为宜。5.在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测力计卡壳,防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦。6.在同一实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。【实验改进】弹簧测力计用力传感器取代,可避免摩擦的影响,使读数更方便、精确。热点1对实验步骤和误差分析的考查【例证1】在“验证力的平行四边形定则”的实验中,有下列实验步骤：a.在桌上放一块方木板,在方木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在板上的A点。b.只用一只弹簧测力计,通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的示数F′和细绳的方向,按同样比例作出力F′的图示。c.改变两个分力的大小和夹角,再做两次实验。d.记下两只弹簧测力计的示数F1、F2及结点的位置,描下两条细绳的方向,在纸上按比例作出力F1和F2的图示,用平行四边形定则求出合力F。e.比较力F′与F,可以看出,它们在实验误差允许的范围内是相等的。f.把两条细绳系在橡皮条的另一端,通过细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条,橡皮条伸长,使结点到达某一位置O。完成下列填空：(1)上述步骤中,正确的顺序是(填写步骤前面的字母)。(2)下列哪些措施能减小实验误差。A.两条细绳必须等长B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行C.拉橡皮条的细绳要稍长一些,标记同一条细绳的方向时两标记点要适当远一些D.实验前先把实验所用的两只弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在桌面上,向相反方向拉动,检查读数是否相同,若不同,则进行调节使之相同【解题探究】(1)实验时是先用两个弹簧测力计拉橡皮条,还是先用一个弹簧测力计拉橡皮条?提示：实验时先用两个弹簧测力计拉橡皮条,并记下结点的位置、两个弹簧测力计的拉力大小和方向,再用一个弹簧测力计拉橡皮条。(2)实验中的系统误差主要是由___________________造成的;偶然误差主要是由拉橡皮条的各力是否在_____________,沿细绳记录拉力的大小和_____是否准确,拉力的夹角是否合适等造成的。弹簧测力计是否准确同一水平面内方向【解析】(1)先固定好白纸和橡皮条,两个弹簧测力计拉橡皮条到结点O,记下两个力的大小和方向,然后用一个弹簧测力计拉橡皮条到O点,记下拉力的大小和方向,由平行四边形定则画出两个力的合力,与第二次的一个力比较大小和方向;改变两个分力的大小和夹角,重复实验。故实验步骤为afdbec。(2)两条细绳是否等长,不会影响实验误差,A错误;避免拉力和纸面不平行,那样画出的力就不是实际作用力了,B可以减小误差;细绳稍长些,这样在描点画力的方向时,偏差少,误差小,C正确;实验前调节弹簧测力计,使得两个读数标准相同,这样画出的平行四边形才准确,可以减小误差,D正确。答案：(1)afdbec(2)B、C、D热点2对实验原理和数据处理的考查【例证2】(2014·江苏高考)小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。实验装置如图所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O点,下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。两次实验记录的轨迹如图所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为。(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有()(填写选项前的字母)A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。【解题探究】(1)根据所作力的图示,如何求解合力?提示：先作出F1、F2的图示,然后根据平行四边形定则作出合力,最后测量合力的大小。(2)用与白纸平行的水平力缓慢地移动N说明系统处于_____状态,以N点为研究对象,分析其受力情况,由_________列方程可得Fa、Fb的大小关系为_____。平衡平衡条件Fa=Fb【解析】(1)用直尺作出如图所示的力的示意图,得到F合=4.6～4.9N都算对。(2)根据力的平衡F=mgtanθ,所以Fa=Fb,θ为橡皮筋被拉伸的方向与竖直方向的夹角。(3)选B、D。根据题图,两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长,B项正确;根据题图,两次被拉伸到相同长度时,即Oa=Ob′,根据F=mgtanθ,橡皮筋第2次受到的拉力较小,C项错误;从题图可以看出,两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大,D正确,A错误。(4)橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋。(或拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的弹簧)答案：(1)见解析图(2)Fa=Fb(3)B、D(4)橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋。(或拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的弹簧)高考考情演变器材的变化合力、分力的变化1.分力的获得：弹簧测力计的拉力→钩码的重力。2.合力的获得：弹簧测力计的拉力→重物的重力→钩码的重力。复习启示：本实验一般是在教材实验原理的基础上创设新情境进行考查,因此,要在教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。